EP3092164B1 - Crashsystem aus faserverbundwerkstoff zur energieaufnahme - Google Patents

Crashsystem aus faserverbundwerkstoff zur energieaufnahme Download PDF

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EP3092164B1
EP3092164B1 EP15700173.6A EP15700173A EP3092164B1 EP 3092164 B1 EP3092164 B1 EP 3092164B1 EP 15700173 A EP15700173 A EP 15700173A EP 3092164 B1 EP3092164 B1 EP 3092164B1
Authority
EP
European Patent Office
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web
steering column
casing tube
column according
fibres
Prior art date
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Active
Application number
EP15700173.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3092164A1 (de
Inventor
Thomas Heitz
Sebastian Regner
Arne Schacht
Daniel Kreutz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Priority to PL15700173T priority Critical patent/PL3092164T3/pl
Publication of EP3092164A1 publication Critical patent/EP3092164A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • B62D1/18—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/19—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable incorporating energy-absorbing arrangements, e.g. by being yieldable or collapsible
    • B62D1/192—Yieldable or collapsible columns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • B62D1/18—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable
    • B62D1/19—Steering columns yieldable or adjustable, e.g. tiltable incorporating energy-absorbing arrangements, e.g. by being yieldable or collapsible
    • B62D1/195—Yieldable supports for the steering column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/12—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members
    • F16F7/124—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members characterised by their special construction from fibre-reinforced plastics

Definitions

  • the present invention relates to a steering column for a vehicle.
  • Generic steering column assemblies or steering columns are installed in the application in a motor vehicle and transmit the applied by the driver on a steering wheel torques in a steering system of the vehicle. Furthermore, steering columns have to withstand a variety of loads during use, especially when the vehicle collides with an obstacle - the crash case.
  • the body of a driver may impact the steering wheel.
  • a steering column according to the preamble of claim 1 is described with an energy absorbing element in the form of a web, which is at least partially destroyed in a caused by the axial impact movement in the event of a crash movement of the jacket tube by the interaction with an impact element.
  • the object of the invention is to provide a steering column for a vehicle, which is particularly simple in construction, is lightweight and effectively acts as an energy absorption element in the event of a crash.
  • the object is achieved by a steering column according to the feature of claim 1.
  • a steering column for a motor vehicle with a steering shaft which is rotatably mounted about its axis of rotation in a jacket tube, wherein the jacket tube is slidably guided in a guide bracket along the longitudinal axis of the steering shaft, wherein the jacket tube is displaceable in an axial impact energy absorption and thereby cooperates with at least one energy absorbing element, and wherein the at least one energy absorbing element is made of a plastic and / or fiber composite web, which is at least partially destroyed by a collision caused by the axial impact movement of the jacket tube by an impact element, can with this simple construction in Crash case effectively absorbs the energy of a shock to the steering column.
  • the destruction of the energy absorbing element takes place in the form of breaking the element into a plurality of small particles, but no chips are lifted off.
  • the particles are dissolved out or thrown out of the energy absorption element during the destruction of the energy absorption element.
  • the particle size is preferably less than 5 mm in the outer circle.
  • the steering column has a fixing mechanism comprising a tensioning device with a clamping bolt.
  • the web is formed on the jacket tube and the impact element is arranged fixed to the body.
  • the clamping bolt can serve as the body-mounted impact element.
  • a web or a plurality of webs arranged one behind the other or adjacent to one another may be provided.
  • the shape of the web can be adapted to any requirements.
  • the cross section can be constant over the length, or change stepwise or linear.
  • the bridge is made of plastic, in particular fiber composite material, there are further advantages. Due to the low density, this choice of material contributes to weight savings. In addition, the use of fiber composite material with respect to metal at the same volume more energy can be absorbed in the event of a crash. Furthermore, it has been found in experiments that a fiber composite exhibits a special crash behavior, which is useful for the representation of certain energy absorption processes.
  • the web can be integrally formed on an outer peripheral surface of the jacket tube.
  • the jacket tube is thus produced including the energy absorbing element, whereby the structure is further simplified.
  • the jacket tube is manufactured with web by means of pultrusion.
  • Pultrusion has the advantage that a high degree of automation is given and can be manufactured specifically with high precision components made of fiber composite material.
  • the web is provided to form the web as a separate component.
  • the web can then be firmly connected to the jacket tube.
  • the web is advantageous from plastic, in particular fiber composite material and has the advantageous properties.
  • the jacket tube or the complete steering column can be made of any material, for example metal.
  • the separately formed web can also be attached to the guide bracket or another seen in the direction of displacement of the jacket tube body-mounted device.
  • an impact element is provided on the jacket tube, that cooperates with a displacement of the jacket tube in the event of a crash with the web.
  • the fibers are aligned in the web in the longitudinal direction of the jacket tube.
  • This fiber-parallel arrangement occurs in the longitudinal direction of the jacket tube, a reinforcing effect.
  • the formation of fibers, alternatively or in combination, which are oriented transversely to the longitudinal direction, has further advantages.
  • a random fiber structure within the web can additionally require advantageous properties for the intended crash case.
  • the energy absorbing element carbon glass, aramid, basalt or natural fibers are used individually or in combination with each other in the fiber composite material.
  • the clamping bolt is mounted on the vehicle body-mounted and serves indirectly or directly as a body-mounted impact element.
  • a steering column 1 which comprises a steering shaft 2 which is rotatably mounted about its axis of rotation 3 in a steering shaft bearing unit 4.
  • the steering shaft bearing unit 4 has a jacket tube 5 in a manner known per se.
  • the jacket tube 5 is guided in a guide bracket 6 along the longitudinal axis 3 of the steering shaft 2 slidably.
  • the guide bracket 6 is pivotally mounted about a pivot axis 7 in a holding part 8.
  • the holding part 8 can be fixed in attachment points 9 on the body, not shown.
  • a fixing mechanism 12 which comprises a tensioning apparatus known in the prior art.
  • the body-mounted tensioning apparatus has a clamping bolt 13, a cam mechanism 14, a counter-pressure bearing 15 and a tensioning lever 16.
  • the clamping bolt 13 passes through slots in the side walls 8a, 8b of the holding part 8 and holes in the side surfaces 6a, 6b of the guide bracket 6.
  • the cam mechanism 14 is disposed on one end of the clamping bolt and the thrust bearing 15 on the other end of the clamping bolt 13.
  • the side cheeks 8a, 8b, and the side surfaces 6a, 6b, as well as the jacket tube 5 are in turn disposed between the cam mechanism 14 and the thrust bearing 15.
  • the fixing system 12 can be selectively switched to an open position or a closed position.
  • the steering spindle 2, or the attached steering wheel (not shown in the figure) can be adjusted in position, in particular in the longitudinal direction and the height or inclination direction to be moved.
  • the steering column 1 In the closed position of the fixing system 12, the steering column 1 is fixed in position.
  • the jacket tube 5 has a longitudinally extending web 18 on a parallel to the clamping bolt 13 extending and the clamping bolt 13 facing outer peripheral surface 17.
  • the web 18 is arranged so that it does not block the adjustment mechanism of the steering column in the normal operating position. Furthermore, the web is dimensioned so that in the event of a crash, the web 18 strikes the clamping bolt 13 and the web 18 acts as an energy absorption element.
  • the jacket tube 5 may be formed of a plastic, in particular of a fiber composite material.
  • Fiber composites are materials made of reinforcing fibers, which are embedded in a matrix, whereby the material is extremely lightweight.
  • fiber composites generally have higher specific stiffness and / or higher specific strength than metallic materials.
  • jacket tube 5 with the web 18 by means of pultrusion in one piece, whereby the assembly cost is significantly reduced or even eliminated.
  • FIG. 2 illustrates a jacket tube 5, in which the web 18 is integrated, made.
  • the jacket tube 5 is cut to final dimensions and the web 18 in the final shape, as in FIG. 3 and FIG. 4 shown, brought.
  • FIG. 12 an alternative embodiment of the web 380 is shown.
  • the web seen in cross section has a trapezoidal shape, whereby the connection to the jacket tube 5 can be improved.
  • the geometry of the web 18 depends on the characteristic of the energy absorption system to be set. Depending on the energy absorption to be set, it is also possible to arrange a plurality of webs in the direction of movement, for example next to one another or on different surfaces.
  • the alignment of the fibers takes place in the web 18 in the longitudinal direction 3 of the jacket tube 5.
  • the respective absorption force which is to be absorbed in the event of a crash, is set by the shape and the size of the web 18, as well as by the number of webs. In FIG. 8 this is illustrated.
  • the web 218 is formed here in its height 219 with a defined course. Accordingly, the bridge can also be in his Be formed width with a defined course.
  • the jacket tube 5 further has on the opposite side of the web 18 stop elements 19, which limit the steering column 1 in its travel in the adjustment.
  • FIGS. 5 and 6 As well as in the FIGS. 9 and 10 the destruction of the energy absorbing element 18 is shown by the action of the clamping bolt 13. If, in the event of a crash, a force directed toward the vehicle front is exerted on the steering wheel end of the steering spindle, the jacket tube 5 shifts in the longitudinal direction 3 to the front of the vehicle and the web 18 of the jacket tube 5 strikes the clamping bolt 13, energy being absorbed accordingly. The energy absorption takes place by destruction of the web 18, wherein the fibers of the fiber composite material break during movement over the respective entire cross-sectional area of the web and thus crumbles the fiber composite.
  • FIGS. 5 and 6 and 13 can be taken, it is conceivable and possible to represent the clamping bolt 13 with a circular cross-section. However, it is also conceivable and possible to form the clamping bolt 13a with a non-circular cross section, in particular with a rectangular cross section.
  • the impact element in the examples of the clamping bolt 13 or 13a, is designed in such a way that a high surface pressure, but no machining, takes place upon impact with the energy-absorbing element.
  • a high surface pressure but no machining
  • the process of breaking out particles from the energy absorbing member can be promoted.
  • the finer the particles the smoother the energy absorption.
  • FIG. 7 another embodiment is shown.
  • the steering column is made of a metal construction, wherein the jacket tube 55 has a separately formed energy absorbing element 118 made of plastic or fiber composite material.
  • the energy absorption element 118 is inserted via a pin connection 20 in recesses in the jacket tube 55.
  • the energy absorbing element may have a variable height profile in its longitudinal direction.
  • the profile can also be designed to be variable in width.
  • an energy absorbing element made of fiber composite material can be compared to metal structures with the same volume more energy absorbed. Due to the lower density, the fiber composite material contributes to weight savings. Furthermore, due to the high specific energy consumption of, for example, carbon fiber reinforced plastic compared to steel and the targeted destruction of the web, a very constant energy absorption curve can be set.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Fahrzeug.
  • Gattungsgemäße Lenksäulenanordnungen oder Lenksäulen sind im Einsatzfall in ein Kraftfahrzeug eingebaut und übertragen die vom Fahrer auf ein Lenkrad aufgebrachten Drehmomente in ein Lenksystem des Fahrzeuges. Weiterhin müssen Lenksäulen im Einsatzfall vielfältige Belastungen aushalten, insbesondere beim Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis - dem Crashfall.
  • Im Falle eines Zusammenstoßes eines Fahrzeugs gegen beispielsweise ein anderes Fahrzeug oder ein Hindernis kann der Körper eines Fahrzeugführers auf das Lenkrad aufprallen.
  • Um den Stoß, der auf den Körper des Fahrers einwirkt, zu entlasten bzw. zu mindern und um eine wesentliche Verletzung des Fahrzeugführers durch die Lenksäule zu verhindern, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Stoß absorbierende Lenksäulen bekannt.
  • So wird in der DE 10 2010 036 894 A1 ein Energieabsorptionsmechanismus offenbart, in dem sich ein Biegedraht im Crashfall verformt, wobei der Biegedraht auch einen Bereich aufweisen kann, bei dem der Streifen aus einem Grundblech herausgerissen wird.
  • Weiterhin sind im Stand der Technik Lösungen zum Beispiel aus DE 101 41 078 C1 bekannt, bei denen mittels eines Werkzeuges aus der Oberfläche eines Energieabsorptionselements Werkstoff herausgeschält wird.
  • In der JP 2005 007947 A ist eine Lenksäule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem Energieabsorptionselement in Form eines Stegs beschrieben, der bei einer durch die axiale Stoßbewegung im Crashfall hervorgerufenen Bewegung des Mantelrohrs durch das Zusammenwirken mit einem Aufprallelement zumindest teilweise zerstört wird.
  • Den technischen Lösungen der bekannten Energieabsorptionsmechanismen ist gemein, dass sie in der Regel sehr aufwendig sind und aus vielen Einzelteilen bestehen. Des Weiteren basieren die bekannten Energieabsorptionsmechanismen fast ausschließlich auf Metallkonstruktionen, bei denen der Leichtbaugedanke nicht umsetzbar ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lenksäule für ein Fahrzeug bereitzustellen, die besonders einfach aufgebaut ist, leicht ist und im Crashfall effektiv als Energieabsorptionselement wirkt. Gelöst wird die Aufgabe durch eine Lenksäule entsprechend dem Merkmal des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt.
  • Weil bei einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkspindel, die um ihre Drehachse drehbar in einem Mantelrohr gelagert ist, wobei das Mantelrohr in einer Führungsklammer entlang der Längsachse der Lenkspindel verschiebbar geführt ist, wobei das Mantelrohr bei einer axialen Stoßeinwirkung unter Energieaufnahme verschiebbar ist und dabei mit zumindest einem Energieabsorptionselement zusammen wirkt, und wobei das zumindest eine Energieabsorptionselement ein aus einem Kunststoff und/oder Faserverbundwerkstoff hergestellter Steg ist, welcher bei einer durch die axiale Stoßeinwirkung hervorgerufene Bewegung des Mantelrohrs durch ein Aufprallelement zumindest teilweise zerstört wird, kann mit dieser einfachen Konstruktion im Crashfall effektiv die Energie eines Stoßes auf die Lenksäule absorbiert werden.
  • Die Zerstörung des Energieabsorptionselements erfolgt dabei in Form eines Aufbrechens des Elements in eine Vielzahl von kleinen Partikeln, wobei jedoch keine Späne abgehoben werden. Die Partikel werden bei der Zerstörung des Energieabsorptionselements aus dem Energieabsorptionselement herausgelöst oder geschleudert. Die Partikelgröße ist dabei bevorzugt kleiner als 5mm im Hüllkreis.
  • Im bevorzugten Fall weist die Lenksäule einen Fixiermechanismus auf, der einen Spannapparat mit einem Spannbolzen umfasst. Im weiter bevorzugten Fall ist der Steg auf dem Mantelrohr gebildet und das Aufprallelement ist karosseriefest angeordnet. Im einfachsten Fall kann dabei der Spannbolzen als karosseriefestes Aufprallelement dienen. Je nach Anforderungen an den Energieabsorptionsmechanismus können ein Steg oder mehrere hintereinander oder nebeneinander liegende Stege vorgesehen sein. Weiterhin kann die Form des Stegs beliebig an die Anforderungen angepasst werden. Der Querschnitt kann dabei über die Länge konstant sein, oder sich stufenartig bzw. linear ändern.
  • Weil vorgesehen ist, dass der Steg aus Kunststoff, insbesondere Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, ergeben sich weitere Vorteile. Aufgrund der niedrigen Dichte trägt diese Materialwahl zur Gewichtseinsparung bei. Zudem kann durch den Einsatz von Faserverbundwerkstoff gegenüber Metall bei gleichem Volumen mehr Energie im Crashfall absorbiert werden. Weiter hat sich in Versuchen herausgestellt, dass ein Faserverbundwerkstoff ein besonderes Crashverhalten zeigt, das nützlich für die Darstellung bestimmter Energieabsorptionsverläufe ist.
  • Weiterhin kann der Steg an einer äußeren Umfangsfläche des Mantelrohrs einstückig angeformt sein. Im Fertigungsprozess wird somit das Mantelrohr inklusive des Energieabsorptionselements hergestellt, wodurch der Aufbau weiterhin vereinfacht wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Mantelrohr mit Steg mittels Pultrusion hergestellt. Pultrusion hat den Vorteil, dass ein hohes Maß an Automatisierbarkeit gegeben ist und gezielt mit hoher Präzision Bauteile aus Faserverbundwerkstoff gefertigt werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, den Steg als separates Bauteil auszubilden. Der Steg kann dann mit dem Mantelrohr fest verbunden werden. Der Steg ist dabei vorteilhaft aus Kunststoff, insbesondere Faserverbundwerkstoff und weist die vorteilhaften Eigenschaften auf. Das Mantelrohr bzw. die komplette Lenksäule kann dabei aus einem beliebigen Werkstoff zum Beispiel Metall hergestellt sein.
  • Alternativ kann der separat ausgebildete Steg auch an der Führungsklammer oder einer anderen in Verschieberichtung des Mantelrohres gesehen karosseriefesten Einrichtung befestigt sein. In diesem Fall ist am Mantelrohr ein Aufprallelement vorgesehen, dass bei einer Verschiebung des Mantelrohrs im Crashfall mit dem Steg zusammenwirkt.
  • Für den Steg aus Faserverbundwerkstoff ist es vorteilhaft, wenn die Fasern im Steg in Längsrichtung des Mantelrohrs ausgerichtet sind. Durch diese faserparallele Anordnung tritt in Längsrichtung des Mantelrohrs eine Verstärkungswirkung ein. Die Ausbildung von Fasern, alternativ oder in Kombination, die quer zur Längsrichtung ausgerichtet sind, besitzt weitere Vorteile. Eine regellose Faserstruktur innerhalb des Steges kann zusätzlich vorteilhafte Eigenschaften für den vorgesehenen Crashfall bedingen.
  • Bevorzugt werden in Abhängigkeit von dem gewünschten Energieabsorptionsniveau des Energieabsorptionselements Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Basalt- oder auch Naturfasern einzeln oder in Kombination miteinander im Faserverbundwerkstoff verwendet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Spannbolzen am Fahrzeug karosseriefest montiert ist und dient mittelbar oder unmittelbar als karosseriefestes Aufprallelement.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen veranschaulicht. Gleiche oder funktionsgleiche Bauteile tragen gleiche Bezugsziffern. Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Lenksäule,
    Figur 2:
    einen Längsschnitt eines Mantelrohrs während eines Bearbeitungsschritts,
    Figur 3:
    einen Längsschnitt eines Mantelrohrs,
    Figur 4:
    eine räumliche Darstellung des Mantelrohrs aus Fig. 3,
    Figur 5:
    einen Längsschnitt eines Mantelrohrs mit Spannbolzen,
    Figur 6:
    einen Längsschnitt eines Mantelrohrs mit Spannbolzen während des Crashfalls,
    Figur 7:
    eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Lenksäule mit separat ausgebildetem Energieabsorptionselement,
    Figur 8:
    eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Stegs,
    Figur 9, 10, 11
    eine Darstellung der erfindungsgemäßen Lenksäule analog zu den Figuren 5, 6 und 8 in einer weiteren Ausführungsform, sowie
    Figur 12
    eine räumliche Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Mantelrohrs analog zu Figur 4.
  • In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Lenksäule 1 veranschaulicht, die eine Lenkspindel 2 umfasst, die um ihre Drehachse 3 drehbar in einer Lenkspindellagereinheit 4 gelagert ist. Die Lenkspindellagereinheit 4 weist in an sich bekannter Weise ein Mantelrohr 5 auf. Das Mantelrohr 5 ist in einer Führungsklammer 6 entlang der Längsachse 3 der Lenkspindel 2 verschiebbar geführt. Die Führungsklammer 6 ist um eine Schwenkachse 7 in einem Halteteil 8 schwenkbar gelagert. Das Halteteil 8 kann in Befestigungspunkten 9 an der nicht dargestellten Karosserie befestigt werden.
  • Eine von einem Fahrer über ein (nicht dargestelltes) Lenkrad in die Lenkspindel 2 eingebrachte Drehbewegung wird über ein Kardangelenk 10 und weitere Lenkwellenteile 11 in das nicht dargestellte Lenkgetriebe eingebracht. Zur Erhöhung des Komforts des Fahrers kann die Lenksäule 1 in ihrer Höhe und in ihrer Länge verstellt werden. Hierzu ist ein Fixiermechanismus 12 vorgesehen, der einen im Stand der Technik bekannten Spannapparat umfasst. Der karosseriefeste Spannapparat weist einen Spannbolzen 13, einen Nockenmechanismus 14, ein Gegendrucklager 15 und einen Spannhebel 16 auf. Durch Verschwenkung des Spannhebels 16 werden die beiden Nocken des Nockenmechanismus 14 gegeneinander verdreht und die Seitenwangen 8a, 8b zusammengezogen, wodurch eine reibschlüssige Verspannung der Seitenwangen 8a, 8b des Halteteils 8 mit den Seitenflächen der Führungsklammer 6 und wiederum mit Seitenflächen des Mantelrohrs 5 erfolgt.
  • Der Spannbolzen 13 durchsetzt Langlöcher in den Seitenwangen 8a, 8b des Halteteils 8 und Löcher in den Seitenflächen 6a, 6b der Führungsklammer 6. Der Nockenmechanismus 14 ist auf dem einen Ende des Spannbolzens und das Drucklager 15 auf dem anderen Ende des Spannbolzens 13 angeordnet. Die Seitenwangen 8a, 8b, sowie die Seitenflächen 6a, 6b, als auch das Mantelrohr 5 sind wiederum zwischen dem Nockenmechanismus 14 und dem Drucklager 15 angeordnet.
  • Durch Schwenken des Spannhebels 16 kann das Fixiersystem 12 wahlweise in eine geöffnete Stellung oder eine geschlossene Stellung umgeschaltet werden. In der geöffneten Stellung kann die Lenkspindel 2, beziehungsweise das daran befestigte Lenkrad (nicht dargestellt in der Figur) in ihrer Position verstellt werden, insbesondere in der Längsrichtung und der Höhen- oder Neigungsrichtung verschoben werden. In der geschlossenen Stellung des Fixiersystems 12 ist die Lenksäule 1 in ihrer Position fixiert.
  • Das Mantelrohr 5 weist an einer parallel zum Spannbolzen 13 verlaufenden und zum Spannbolzen 13 zeigenden äußeren Umfangsfläche 17 einen sich in Längsrichtung erstreckenden Steg 18 auf. Der Steg 18 ist dabei so angeordnet, dass er den Verstellmechanismus der Lenksäule in der normalen Betriebsstellung nicht blockiert. Weiterhin ist der Steg so dimensioniert, dass im Crashfall der Steg 18 auf den Spannbolzen 13 schlägt und der Steg 18 als Energieabsorptionselement fungiert.
  • Das Mantelrohr 5 kann aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sein. Faserverbundwerkstoffe sind Materialien aus Verstärkungsfasern, die in eine Matrix eingebunden sind, wodurch der Werkstoff extrem leicht ausgebildet ist. Zudem haben Faserverbundwerkstoffe im Allgemeinen eine höhere spezifische Steifigkeit und/oder höhere spezifische Festigkeit als metallische Werkstoffe.
  • Dabei ist es vorteilhaft, dass Mantelrohr 5 mit dem Steg 18 mittels Pultrusion einstückig herzustellen, wodurch der Montageaufwand erheblich reduziert wird oder gar entfällt.
  • Dazu wird zuerst, wie in Figur 2 veranschaulicht, ein Mantelrohr 5, in dem der Steg 18 integriert vorhanden ist, hergestellt. Durch anschließende mechanische Bearbeitung wird das Mantelrohr 5 auf Endmaß zugeschnitten und der Steg 18 in die endgültige Form, wie in Figur 3 und Figur 4 gezeigt, gebracht. In Figur 12 ist eine alternative Ausführungsform des Steges 380 dargestellt. Hier weist der Steg im Querschnitt gesehen eine trapezförmige Form auf, wodurch die Anbindung am Mantelrohr 5 verbessert werden kann. Die Geometrie des Stegs 18 hängt dabei von der einzustellenden Kennlinie des Energieabsorptionssystems ab. Je nach einzustellender Energieabsorption können auch mehrere Stege in Bewegungsrichtung, beispielsweise nebeneinander oder an verschiedenen Flächen, angeordnet werden. Je nach Energieabsorptionsniveau werden für den Steg Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Basalt- oder auch Naturfasern verwendet. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Ausrichtung der Fasern im Steg 18 in Längsrichtung 3 des Mantelrohrs 5 erfolgt. Die jeweilige Absorptionskraft, die es im Crashfall zu absorbieren gilt, wird durch die Form und die Größe des Stegs 18, sowie durch die Anzahl der Stege, eingestellt. In Figur 8 ist dies veranschaulicht. Der Steg 218 ist hier in seiner Höhe 219 mit einem definiertem Verlauf ausgebildet. Entsprechend kann der Steg auch in seiner Breite mit einem definiertem Verlauf ausgebildet sein. Das Mantelrohr 5 weist weiterhin auf der gegenüberliegenden Seite des Stegs 18 Anschlagelemente 19 auf, die die Lenksäule 1 in ihrem Verfahrweg bei der Verstellung begrenzen.
  • In den Figuren 5 und 6, sowie in den Figuren 9 und 10 ist die Zerstörung des Energieabsorptionselements 18 durch die Einwirkung des Spannbolzens 13 gezeigt. Wenn im Crashfall auf das lenkradseitige Ende der Lenkspindel eine zur Fahrzeugfront gerichtete Kraft einwirkt, verschiebt sich das Mantelrohr 5 in Längsrichtung 3 zur Fahrzeugfront und der Steg 18 des Mantelrohrs 5 schlägt auf den Spannbolzen 13, wobei entsprechend Energie absorbiert wird. Die Energieabsorption erfolgt dabei durch Zerstörung des Stegs 18, wobei die Fasern des Faserverbundwerkstoffs während der Bewegung über die jeweilige gesamte Querschnittsfläche des Stegs brechen und somit der Faserverbund zerbröselt.
  • Dabei kann es vorteilhaft sein, ein karosseriefestes auf dem Spannbolzen angeordnetes Aufprallelement vorzusehen, welches eine zum Beispiel rechteckige Aufprallfläche für die zum Spannbolzen zeigende Stirnfläche des Stegs im Crashfall bietet. Durch den Aufprall des Stegs 18 auf das Aufprallelement wird der Steg 18 somit gezielt und kontrolliert zerstört.
  • Wie den Figuren 5 und 6 und 13 entnommen werden kann, ist es denkbar und möglich, den Spannbolzen 13 mit einem kreisförmigen Querschnitt darzustellen. Es ist aber auch denkbar und möglich, den Spannbolzen 13a mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt, insbesondere mit einem rechteckigen Querschnitt auszubilden.
  • Mit Vorteil ist das Aufprallelement, in den Beispielen der Spannbolzen 13 oder 13a derart ausgebildet, dass beim Aufprall auf das Energieabsorptionselement eine hohe Flächenpressung, aber keine Zerspanung, erfolgt. Dadurch kann der Prozess des Herausbrechens von Partikeln aus dem Energieabsorptionselement gefördert werden. Je feiner die Partikel sind, desto gleichmäßiger ist die Energieabsorption.
  • In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei ist die Lenksäule aus einer Metallkonstruktion hergestellt, wobei das Mantelrohr 55 ein separat ausgebildetes Energieabsorptionselement 118 aus Kunststoff bzw. Faserverbundwerkstoff aufweist. Das Energieabsorptionselement 118 ist über eine Zapfenverbindung 20 in Aussparungen im Mantelrohr 55 eingefügt.
  • Wie die Figuren 8 und 11 veranschaulichen, kann das Energieabsorptionselement in seiner Längsrichtung eine veränderliches Höhen-Profil aufweisen. Das Profil kann auch in der Breite veränderlich ausgebildet sein.
  • Durch Einsatz eines Energieabsorptionselements aus Faserverbundwerkstoff kann gegenüber Metallkonstruktionen bei gleichem Volumen mehr Energie absorbiert werden. Aufgrund der niedrigeren Dichte, trägt der Faserverbundwerkstoff zur Gewichtseinsparung bei. Weiterhin kann aufgrund der hohen spezifischen Energieaufnahme von zum Beispiel kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gegenüber Stahl und der gezielten Zerstörung des Stegs eine sehr konstante Energieabsorptionskurve eingestellt werden.

Claims (9)

  1. Lenksäule für ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkspindel (2), die um ihre Drehachse (3) drehbar in einem Mantelrohr (5) gelagert ist, wobei das Mantelrohr (5) in einer Führungsklammer (6) entlang der Längsachse (3) der Lenkspindel (2) verschiebbar geführt ist, wobei das Mantelrohr (5) bei einer axialen Stoßeinwirkung unter Energieaufnahme verschiebbar ist und dabei mit zumindest einem Energieabsorptionselement (18, 118) zusammen wirkt, das ein Steg (18) ist, welcher bei einer durch die axiale Stoßeinwirkung hervorgerufenen Bewegung des Mantelrohrs (5) durch das Zusammenwirken mit einem Aufprallelement (84) zumindest teilweise zerstört wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (18) aus einem Kunststoff und/oder Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.
  2. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fixiermechanismus (12) vorgesehen ist, der einen Spannapparat mit einem Spannbolzen (13) aufweist.
  3. Lenksäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (18, 118) auf dem Mantelrohr (5) ausgebildet ist und das Aufprallelement ein karosseriefestes Aufprallelement ist.
  4. Lenksäule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbolzen (13) als karosseriefestes Aufprallelement dient.
  5. Lenksäule nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (18) an einer äußeren Umfangsfläche des Mantelrohrs (5) einstückig angeformt ist.
  6. Lenksäule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (5) mit Steg (18) mittels Pultrusion hergestellt ist.
  7. Lenksäule nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (18) als separates Bauteil ausgebildet ist und mit dem Mantelrohr (5) fest verbunden ist.
  8. Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Faserverbundwerkstoffs im Steg (18, 118) in Längsrichtung (3) des Mantelrohrs (5) ausgerichtet sind.
  9. Lenksäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem gewünschten Energieabsorptionsniveau des Energieabsorptionselements (18, 118) Kohlenstoff-, Glas-, Aramid-, Basalt- oder auch Naturfasern im Faserverbundwerkstoff verwendet sind.
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